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        <h1 id="指令系统的发展与性能要求"><a href="#指令系统的发展与性能要求" class="headerlink" title="指令系统的发展与性能要求"></a>指令系统的发展与性能要求</h1><h2 id="什么是指令？什么是指令系统"><a href="#什么是指令？什么是指令系统" class="headerlink" title="什么是指令？什么是指令系统"></a>什么是指令？什么是指令系统</h2><p>首先来看什么是指令，<strong><font color="#1A94E6">指令</font>就是计算机要执行某种操作的命令</strong>。</p>
<p>从计算机组成的层次，指令可分为以下三类：</p>
<ol>
<li><font color="#1A94E6">微指令</font>：是微程序级的命令，属于硬件。</li>
<li><font color="#1A94E6">宏指令</font>：是由若干条机器指令组成的软件指令，属于软件。</li>
<li><strong><font color="#1A94E6">机器指令</font></strong>：介于微指令与宏指令之间，<strong>简称为<font color="#1A94E6">指令</font>，本章所讨论的指令都是机器指令</strong>。</li>
</ol>
<p>计算机程序就是由一系列的机器指令组成的。</p>
<p>再来看什么是指令系统。<strong><font color="#1A94E6">指令系统（指令集）</font>是指一台计算机中所有机器指令的集合</strong>。</p>
<p>指令是设计一台计算机的硬件与底层软件的接口。</p>
<h2 id="系列机"><a href="#系列机" class="headerlink" title="系列机"></a>系列机</h2><p><font color="#1A94E6">系列计算机</font>是指基本指令系统相同、基本体系结构相同的一系列计算机。一个系列往往有多种型号，不同型号在结构和性能上有差异。</p>
<p>系列机解决了各机种的兼容问题，因为同一系列的各机种有共同的指令系统，而且新推出的机种一定包含旧机种的全部指令。因此旧机种上运行的软件可以不加修改便可在新机种上运行，大大减少了软件开发费用。</p>
<h2 id="CISC与RISC"><a href="#CISC与RISC" class="headerlink" title="CISC与RISC"></a>CISC与RISC</h2><p>计算机硬件结构随着VLSI技术的飞速发展而越来越复杂化，大多数计算机的指令系统多达几百条，称这样的计算机为<font color="#1A94E6">复杂指令系统计算机</font>，简称<font color="#1A94E6">CISC</font>，由于这样的计算机采用了大量使用概率很低的复杂指令，所以人们又提出了便于VLSI技术实现的<font color="#1A94E6">精简指令系统计算机</font>，简称<font color="#1A94E6">RISC</font>。</p>
<p>CISC的指令集包含了许多复杂的指令，可以执行多种操作，每条指令的执行时间较长，但可以减少程序的执行时间。RISC的指令集则更加简单，每条指令执行时间短，但需要更多的指令才能完成同样的操作。</p>
<h2 id="指令系统的性能要求"><a href="#指令系统的性能要求" class="headerlink" title="指令系统的性能要求"></a>指令系统的性能要求</h2><p>指令系统的性能决定了计算机的基本功能，所以指令系统的设计是计算机系统设计中的一个核心问题。一个完善的指令系统应该满足以下四个方面的要求：</p>
<ol>
<li><font color="#1A94E6">完备性</font>：指令系统丰富、功能齐全、使用方便。</li>
<li><font color="#1A94E6">有效性</font>：利用该指令系统所编写的程序能够高效率地运行。</li>
<li><font color="#1A94E6">规整性</font>：包括指令系统的对称性、匀齐性、指令格式与数据格式的一致性。</li>
<li><font color="#1A94E6">兼容性</font>：系列机各机种之间具有相同的基本结构和共同的指令系统。</li>
</ol>
<h2 id="低级语言与硬件结构的关系"><a href="#低级语言与硬件结构的关系" class="headerlink" title="低级语言与硬件结构的关系"></a>低级语言与硬件结构的关系</h2><p>计算机语言有高级语言和低级语言之分。低级语言分为机器语言（二进制语言）和汇编语言（符号语言），它们和具体机器的指令系统密切相关。机器语言用指令代码编写程序，而符号语言利用助记符来编写程序。</p>
<h2 id="指令系统体系结构"><a href="#指令系统体系结构" class="headerlink" title="指令系统体系结构"></a>指令系统体系结构</h2><p>机器语言程序员看到的计算机的属性就是<font color="\#1A94E6">指令系统体系结构</font>，简称 <font color="#1A94E6">ISA</font>，是与程序设计有关的计算机架构。指令系统体系结构主要包括：寄存器组织， 存储器的组织和寻址方式，I/O 系统结构，数据类型及其表示，指令系统，中断机制，机器 工作状态的定义及切换，以及保护机制等</p>
<p><strong>它定义了一组机器指令和程序员可用的指令集</strong>。ISA是计算机硬件和软件之间的接口，它规定了计算机如何执行指令。</p>
<p>ISA是计算机体系结构中的关键组成部分，因为它决定了计算机可以执行哪些操作，以及如何执行这些操作。不同的计算机体系结构可能使用不同的ISA，这就导致了它们在执行相同任务时的性能和功耗等方面的差异。ISA的设计也是计算机架构师和软件开发人员需要考虑的重要因素之一。</p>
<h1 id="指令格式"><a href="#指令格式" class="headerlink" title="指令格式"></a>指令格式</h1><p>机器指令是用机器字来表示的。表示一条指令的机器字，就称为<font color="\#1A94E6">指令字</font>。</p>
<p><strong><font color="#1A94E6">指令格式</font>是指令字用二进制代码表示的结构形式</strong>，通常由操作码字段和地址码字段组成。<strong>操作码字段表征指令的操作特性与功能</strong>，而<strong>地址码字段通常指定参与操作的操作数的地址</strong>。因此，一条指令的结构可用如下形式来表示：</p>
<p><img src="/2023/05/05/%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E7%BB%84%E6%88%90%E5%8E%9F%E7%90%86%EF%BC%9A%E6%8C%87%E4%BB%A4%E7%B3%BB%E7%BB%9F/指令格式表示.png" alt="指令格式表示图"></p>
<h2 id="操作码"><a href="#操作码" class="headerlink" title="操作码"></a>操作码</h2><p>设计计算机时，对指令系统的每一条指令都要规定一个操作码，指令的操作码 OP 表示该指令应进行什么性质的操作。</p>
<p>组成操作码字段的位数一般取决于计算机指令系统的规模。较大的指令系统就需要更 多的位数来表示每条特定的指令。例如，一个指令系统只有 8 条指令，则有 3 位操作码就 够了(23 =8)。如果有 32 条指令，那么就需要 5 位操作码(25 =32)。一般来说，一个包含 n 位的操作码最多能够表示 2n 条指令。</p>
<h2 id="地址码"><a href="#地址码" class="headerlink" title="地址码"></a>地址码</h2>
    </div>

    
    
    

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  <span class="author" itemprop="copyrightHolder">鸣蜩十七</span>
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